Školitel: Yevheniia Lobko, Ph.D.
Konzultant: Dr. Kateryna Fatyeyeva (University Rouene Normandie, France)
Stav práce: volná
Anotace:
Alternativní a ekologické zdroje energie, jako jsou palivové články s aniontově vodivou membránou (AEM) a vodní elektrolyzéry, jsou velmi perspektivní a levné. Slabým místem této technologie je však membrána.
Cílem této práce je překonat jedno z klíčových omezení aniontově vodivé membrány, a to hospodaření s vodou v kombinaci se zlepšeným mechanickým a elektrochemickým výkonem. Nové pokročilé polymerní membrány (stabilní v širokém teplotním rozmezí) budou vypracovány chemickou modifikací polymeru a zabudováním a imobilizací poly(iontové kapaliny) do polymerní matrice. Vlastnosti membrány budou hodnoceny z hlediska iontové vodivosti, mechanické stability a transportních vlastností. Bude zohledněn vliv následujících faktorů, tj. struktury iontové kapaliny (kationt a anion), způsobu a podmínek přípravy membrány.
K provedení povrchové morfologické analýzy membrán budou použity povrchově citlivé techniky, konkrétně rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) a mikroskopie atomárních sil (AFM). Cílem této analýzy je prozkoumat vliv drsnosti povrchu, homogenity a distribuce polymerních heterogenních bloků nebo/a iontových kapalin na mechanické a transportní vlastnosti membrán. Rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), technika zeslabené totální reflektance infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (ATR-FTIR) a Ramanova spektroskopie budou použity ke studiu povrchové chemie a reakcí AEM, aby bylo možné nahlédnout do chemického a elektrochemického chování membrány za provozních podmínek. Kromě toho bude in-operando XPS v režimu vodního elektrolyzéru použita pro zkoumání difúze hydroxidových aniontů v tenké vrstvě katalyzátorů a také přes membránu. Elektrochemické techniky, jako je elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS) a cyklická voltametrie (CV), lze použít ke studiu iontové vodivosti membrány, odporu přenosu náboje, křížení vodíku a kyslíku a dlouhodobé stabilitě in-situ.
Kombinací těchto povrchových studií s technikami charakterizace objemových membrán (jako je tepelná gravimetrická analýza (TGA), diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC), mechanické testování atd.) je možné získat komplexní pochopení vlastností a chování AEM, které může pomoci při vývoji účinnějších a trvanlivějších elektrochemických systémů založených na AEM. Zvláštní pozornost bude věnována přípravě sestavy membránové elektrody pomocí techniky ultrazvukového nástřiku a Meyerovy tyče. Celkový cyklický výkon propracovaného elektrochemického systému bude zkoumán v režimech elektrolyzéru a palivových článků.
Hlavním cílem práce je stanovení vztahu mezi strukturou, morfologií, aktivitou a životností AEM membrán v provozu jak v palivových článcích, tak v elektrolyzérů.